JP2020183799A - 流体制御機器の動作分析システム、流体制御機器の動作分析方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、そのような薄膜の微細化は流体制御機器に今まで以上の高頻度な開閉動作を要求しており、その負荷により流体の漏出等の異常を惹き起こしやすくなる場合がある。そのため、流体制御機器における異常を容易に検知できる技術への要求が高まっている。
また、特許文献2では、流体の流量を制御する制御器の外面に形成された孔とこの孔に取付けられる漏洩検知部材とからなるシール部破損検知機構付制御器であって、前記孔は制御器内の空隙に連通し、前記漏洩検知部材は特定の流体の存在によって感応するものが提案されている。
さらに、特許文献3では、流体の漏れを検出する漏れ検出装置であって、センサ保持体と、漏れ検出対象部材に設けられて漏れ検出対象部材内の密封部分と外部とを連通するリークポートに対向するようにセンサ保持体に保持された超音波センサと、超音波センサのセンサ面とリークポートとの間に設けられた超音波通路と、超音波センサで得られた超音波を処理する処理回路とを備えているものが提案されている。
なお、コンピュータプログラムは、コンピュータプログラム読取可能な各種の記録媒体に記録して提供することができる。
以下、本発明の実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムについて、図を参照して説明する。
まず、本実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムにおいて、動作分析の対象となる流体制御機器の一例について説明する。
図1に示される流体制御機器Vは、エア作動式のダイレクトダイヤフラムバルブであり、他の流体制御機器や流量制御装置等とガスユニットを構成して、プロセス流体を制御し、被処理体を処理する。この流体制御機器Vは、図1〜図3に示されるように、バルブボディ1、ボンネット部2、カバー部3、アクチュエータ部4を備える。
基台部11は平面視矩形状からなり、複数の流体制御機器Vによってガスユニットを構成する場合には、基板あるいはマニホールドブロック上に設置される部分となる。
この円筒部12には、軸心方向に長さを有し、ボンネット部2が配設される側であって基台部11とは反対側の一端が開口すると共に、外側から凹部12a側へ貫通したスリット12bが設けられている。このスリット12bを介して、ボンネットウォール25から延び出したフレキシブルケーブル26が内側から外側へ導出される。
このダイヤフラム押え23は、図5に示されるように、略円柱状の基体部231と、ダイヤフラム22に当接する側の一端側において拡径した拡径部232からなる。
ダイヤフラム22の周縁はボンネット24の下端部とバルブボディ1との間に挟持されており、この部分でダイヤフラム22とバルブボディ1との間のシールが形成される。
ボンネット24の内部には、ダイヤフラム押え23が貫挿される貫挿孔241aが中心部に形成された略円盤状の仕切部241が設けられている。
仕切部241の上方ないしは、アクチュエータ部4が配設される側に形成される凹部24aには、ボンネットウォール25が収容される。仕切部241とボンネットウォール25には夫々、互いに対応する位置にネジ穴241bと貫通孔25eが設けられており、ボンネット24にボンネットウォール25がボルト75fによって螺設される。
また、ボンネット24の仕切部241には、ボンネットウォール25に取り付けられている圧力センサPに連通する連通孔241dが設けられている。連通孔241dを介して圧力センサPが設けられていることにより、仕切部241、ダイヤフラム22、及びダイヤフラム押え23によって画定された閉空間S2内の圧力を測定することができる。
このカバー部3は、カバー31と平板状のプレート32、33を備える。
カバー31の両側面には、アクチュエータボディ41が嵌め込まれる位置に対応してネジ孔31aが設けられている。これにより、バルブボディ1が内側にはめ込まれた状態でネジ孔31aにネジ31bを螺入させ、ネジ31bの先端をバルブボディ1に圧接させると、バルブボディ1をカバー31の内側に挟持することができる。
このプレート32の下方には、舌片状に切り欠いた切欠部32aが形成されており、フレキシブルケーブル26はこの切欠部32aを介して、コネクタ28が設けられた回路基板27へ導出される。
このプレート33には、中央部に略矩形状の貫通孔33aが設けられており、回路基板27に設けられたコネクタ28はこの貫通孔33aから外側へ抜け出る。
このアクチュエータ部4は図4に示されるように、アクチュエータボディ41、アクチュエータキャップ42、ピストン43、バネ44を備える。なお、図4においては、アクチュエータ部4の内部構造を省略しているが、内部構造は図2及び図3に示されるとおりである。
このアクチュエータボディ41は図4に示されるように略円柱形状からなり、中心部には、ピストン43とダイヤフラム押え23が貫挿される貫挿孔41aが長さ方向に沿って設けられている。図2及び図3に示されるように、貫挿孔41a内ではピストン43とダイヤフラム押え23が当接しており、ダイヤフラム押え23はピストン43の上下動に連動して上下動する。
アクチュエータキャップ42の上端面には、ピストン43の駆動圧導入路432に連通する開口部42aが設けられている。
アクチュエータキャップ42の下端部は、アクチュエータボディ41の上部が螺合して閉止されている。
このピストン43の軸心方向略中央は円盤状に拡径しており、当該箇所は拡径部431を構成している。ピストン43は、拡径部431の上面側においてバネ44の付勢力を受ける。また、拡径部431の下端側には、駆動圧が供給される駆動圧導入室S1が形成される。
一方、駆動圧導入室S1にエアが導入されなくなると、ピストン43がバネ44の付勢力に従って下方に押し下げられる。これにより、ダイヤフラム22がシート21に当接して閉弁した状態となって、流体の流通が遮断される。
圧力センサPは図3に示されるように、ボンネットウォール25の下面、ないしは流路側に取り付けられており、連通孔241dを介して、ダイヤフラム22、ボンネット24の仕切部241、及びダイヤフラム押え23によって画定された閉空間S2に連通している。この圧力センサPは、圧力変化を検出する感圧素子や、感圧素子によって検出された圧力の検出値を電気信号に変換する変換素子等によって構成される。これにより圧力センサPは、ダイヤフラム22、ボンネット24の仕切部241、及びダイヤフラム押え23によって画定された閉空間S2内の圧力を検出することができる。
なお、圧力センサPが連通孔241dに通じる箇所にはパッキン29が介装されており、気密状態が担保されている。
なお、圧力センサPは、ゲージ圧あるいは大気圧のいずれを検出するものでもよい。
この位置センサM2によって以下の通り、弁の開閉動作検知することができる。即ち、磁石M1がダイヤフラム押え23の上下動に応じて上下動するのに対し、位置センサM2はボンネットウォール25及びボンネット24と共にバルブボディ1内に固定されている。この結果、ダイヤフラム押え23の上下動に従って上下動する磁石M1と、位置が固定されている位置センサM2との間に発生する磁界の変化に基づき、ダイヤフラム押え23の動作、ひいては弁の開閉動作を検知したり、リフト量を計測することができる。
また、本実施形態に係る流体制御機器Vにおいても、位置センサM2を含む位置センサには、位置検出精度が±0.01mmから±0.001mmに収まるものを選定することが望ましい。当該半導体製造プロセス向けのバルブとしては微細な流体制御を実現するために±0.01mm程度の微細な開度制御が必要になる半面、±0.001mmを超える検出精度を用いるとバルブ近傍の真空ポンプ等が発生させる振動を検出しノイズを生じてしまうためである。
また、処理モジュールは回路基板27とは別に、流体制御機器V内に格納されていてもよいし、圧力センサP又は位置センサM2の一部として構成されていてもよい。
また、コネクタ28の種類や形状は、各種の規格に応じて適宜に設計し得る。
通信処理部51は、情報処理装置7に対し、圧力センサPや位置センサM2によって取得されたデータを送信する。この例では、流体制御機器Vと情報処理装置7との間に中継装置6が設けられており、当該中継装置6を介して、流体制御機器Vからの情報が情報処理装置7に提供される。
情報処理装置7は、流体制御機器Vから取得した動作情報に基づいて異常の有無を判定すると共に、収集した動作情報や異常の判定結果に基づく動作分析、所謂データマイニングを行う装置である。
この情報処理装置7は、CPU(Central Processing Unit)、CPUが実行するコンピュータプログラム、コンピュータプログラムや所定のデータを記憶するRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)、及びハードディスクドライブなどの外部記憶装置等のハードウェア資源によって構成され、これにより、判定処理部71、情報記憶部72、情報抽出部73、相関関係分析部74、異常予期部75、及び通信処理部76を備える。
なお、上述した通り、ネットワークNW1は例えば、Bluetooth(登録商標)、赤外線通信、あるいはZigbee(登録商標)といった無線通信であり、ネットワークNW2は例えば、有線あるいは無線のLAN等である。
また、本実施形態では、流体制御機器Vと情報処理装置7の間に中継装置6を介在させたが、流体制御機器Vと情報処理装置7とが直接、データ通信可能となるように構成することもできる。
図8は一のパターンを示しており、図8(a)及び図8(b)に示すように、閉弁操作によってダイヤフラム22がシート21に当接する際、異物Sがダイヤフラム22とシート21の間に挟み込まれ、さらには異物Sがダイヤラム22によってシート21にめり込む。一方で、図8(c)に示すように、この後の開弁動作に伴って異物Sはシート21から外れ、異物Sがダイヤフラム22とのシート21の間に一時的に介在した状態から正常な状態に戻る。
異常の判定がなされた場合には適宜、流体制御機器Vの動作を停止し、機器の状態を確認することが求められる。
例えば、複数の流体制御機器Vの動作情報について、同一の弁開閉回数(例:1000万回)における動作時間と当該動作時間における異常判定結果に係る情報を抽出する。
特に、流体制御機器Vの動作情報データのうち、圧力センサPや位置センサM2の変化から検出される、流体制御機器Vの開閉状態の切り替わる前、及び後の所定時間におけるデータを切り出して入力データとする。これは、流体制御機器Vの動作時の動的なセンサ測定値の変化を測定することが異常予期において有効であることを反映したものであり、入力データの次元数を削減して後述の学習の計算コストを減らすことができる。所定時間は、流体制御機器Vの開閉にかかる時間(駆動圧を導入し始めてから、流体制御機器Vが完全開になるまでの時間、と定義する。図15の2本の点線の間の時間がこの時間に相当する)の1倍〜5倍の時間とすることで、必要な範囲のデータを無駄なく抽出することができる。また、流体制御機器Vから送信するデータを予めこの時間の範囲内に限定して送信することで、通信のデータ量を削減することができ、流体制御機器Vでの消費電力を抑制できる。
第一の学習では、異常が発生した流体制御機器Vの過去の動作情報を元に、異常が発生する前の所定の期間(以下、故障直前期間とする)の入力データと、異常発生後の入力データと、それ以前の正常動作時の入力データとを分類する教師あり学習を行う。この学習は、例えばニューラルネットワークのモデルに対して誤差逆伝搬法(Backpropagation)を用いた確率的勾配降下法(SGD:Stochastic Gradient Descent)によって行われる。
現在のセンサデータの測定値を入力として第一の学習により得られた学習済みモデルに分類を行わせることで、流体制御機器Vが故障直前期間に入っている確率を算出できる(第一の異常予期手段751)。この確率は読み方を変えると、所定の期間内に壊れるという異常発生確率である。
1 バルブボディ
11 基台部
12 円筒部
2 ボンネット部
21 シート
22 ダイヤフラム
23 ダイヤフラム押え
24 ボンネット
25 ボンネットウォール
26 フレキシブルケーブル
27 回路基板
28 コネクタ
29 パッキン
3 カバー部
31 カバー
32 プレート
33 プレート
4 アクチュエータ部
41 アクチュエータボディ
42 アクチュエータキャップ
43 ピストン
44 バネ
51 通信処理部
6 中継装置
7 情報処理装置
71 判定処理部
72 情報記憶部
73 情報抽出部
74 相関関係分析部
75 異常予期部
751 第一の異常予期手段
752 第二の異常予期手段
76 通信処理部
77 情報収集部
M1 磁石
M2 位置センサ
P 圧力センサ
S1 駆動圧導入室
S2 閉空間
Claims (10)
- 流体制御機器の動作を分析するシステムであって、
前記流体制御機器と、前記流体制御機器から取得した情報に基づいてデータマイニングを実行する情報処理装置と、が情報伝達可能に構成され、
前記流体制御機器は、
前記流体制御機器の動作情報として、前記流体制御機器の開閉に伴うリフト量を取得する動作情報取得機構、を有し、
前記情報処理装置は、
前記リフト量と所定の閾値を比較することにより、前記流体制御機器のシート上の異物による異常と異常のパターンを判定する判定処理手段と、
前記流体制御機器の動作情報と異常判定結果を記憶する情報記憶手段と、
前記情報記憶手段を参照して、分析対象として、所定の動作情報を同一とする他の前記動作情報と前記判定結果に係る情報であって、前記流体制御機器の開閉状態が切り替わる前、及び後の所定時間における情報を、前記流体制御機器ごとに選択的に抽出する情報抽出手段と、
前記抽出された情報を対比することにより、前記流体制御機器の所定の動作と異常発生の相関関係を分析する相関関係分析手段と、を有する、
流体制御機器の動作分析システム。 - 前記判定処理手段は少なくとも、
前記リフト量の経時的変化により、前記異常のパターンとして、前記シートへの一時的な異物の介在、前記シートへの異物のめり込み、あるいは前記シートへの異物の累積的な堆積、のいずれかを判定する、
請求項1記載の流体制御機器の動作分析システム。 - 前記情報処理装置は、
前記相関関係分析手段による分析結果に基づき、前記情報記憶手段に記憶されている前記流体制御機器の動作情報を参照して、前記流体制御機器の異常発生確率を算出することにより、前記流体制御機器の異常を予期する異常予期手段、をさらに有する、
請求項1又は2記載の流体制御機器の動作分析システム。 - 前記異常予期手段は、
教師あり学習により、前記動作情報が故障直前期間に特有の特徴を有しているか判別する第一の異常予期手段と、
正常動作時の前記動作情報を学習させたオートエンコーダにより、前記動作情報が通常動作状態にあるかどうかを判別する第二の異常予期手段と、を有する、
請求項3記載の流体制御機器の動作分析システム。 - 前記流体制御機器は、前記流体制御機器の異常判定結果に基づき、異物を排出するためのパージガスを流路内に供給するパージガス供給手段、をさらに有する、
請求項1乃至4いずれかの項に記載の流体制御機器の動作分析システム。 - 前記流体制御機器は、
開閉動作に応じて摺動するステムと、
ダイヤフラムの周縁を押さえる押えアダプタと、を有し、
前記動作情報取得機構は、前記押えアダプタに取り付けられ、前記ステムの所定の箇所との距離変化を検出する位置センサ、によって構成されている、
請求項1乃至5いずれかの項に記載の流体制御機器の動作分析システム。 - 前記押えアダプタ近傍の所定の箇所に取り付けられた磁石、をさらに有し、
前記位置センサは、前記押えアダプタの内側であって、前記ステムに対向する面に取り付けられ、前記磁石との距離変化を検出する磁気センサからなる、
請求項6記載の流体制御機器の動作分析システム。 - 前記位置センサの位置検出精度は±0.01mmから±0.001mmである、
請求項6又は7記載の流体制御機器の動作分析システム。 - 流体制御機器の動作を分析する方法であって、
前記流体制御機器の動作情報として、前記流体制御機器の開閉に伴うリフト量を取得する動作情報取得機構、を有する前記流体制御機器と、
前記流体制御機器から取得した情報に基づいてデータマイニングを実行する情報処理装置と、が情報伝達可能に構成されたシステムにより、
前記リフト量と所定の閾値を比較することにより、前記流体制御機器のシート上の異物による異常と異常のパターンを判定する判定処理と、
前記流体制御機器の動作情報と異常判定結果を記憶する情報記憶手段を参照して、分析対象として、所定の動作情報を同一とする他の前記動作情報と前記判定結果に係る情報であって、前記流体制御機器の開閉状態が切り替わる前、及び後の所定時間における情報を、前記流体制御機器ごとに選択的に抽出する情報抽出処理と、
前記抽出された情報を対比することにより、前記流体制御機器の所定の動作と異常発生の相関関係を分析する相関関係分析処理と、を実行する、
流体制御機器の動作分析方法。 - 流体制御機器の動作を分析するためのコンピュータプログラムであって、
前記流体制御機器の動作情報として、前記流体制御機器の開閉に伴うリフト量を取得する動作情報取得機構、を有する前記流体制御機器と、
前記流体制御機器から取得した情報に基づいてデータマイニングを実行する情報処理装置と、が情報伝達可能に構成されたシステムに対し、
前記リフト量と所定の閾値を比較することにより、前記流体制御機器のシート上の異物による異常と異常のパターンを判定する判定処理と、
前記流体制御機器の動作情報と異常判定結果を記憶する情報記憶手段を参照して、分析対象として、所定の動作情報を同一とする他の前記動作情報と前記判定結果に係る情報であって、前記流体制御機器の開閉状態が切り替わる前、及び後の所定時間における情報を、前記流体制御機器ごとに選択的に抽出する情報抽出処理と、
前記抽出された情報を対比することにより、前記流体制御機器の所定の動作と異常発生の相関関係を分析する相関関係分析処理と、を実行させる、
コンピュータプログラム。
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